ES2216257T3 - BURNER WITH FUEL SPRAY AND COMBUSTION PROCEDURE USING SUCH A BURNER. - Google Patents
BURNER WITH FUEL SPRAY AND COMBUSTION PROCEDURE USING SUCH A BURNER.Info
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Abstract
Description
Quemador con pulverización de combustible y procedimiento de combustión que utiliza tal quemador.Burner with fuel spray and combustion process that uses such a burner.
La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de combustión en el cual la alimentación de combustible se asegura por medio de al menos un quemador equipado con al menos un inyector.The present invention relates to a procedure and to a combustion device in which the Fuel supply is ensured by means of at least one burner equipped with at least one injector.
La invención se describirá más en particular para una instalación destinada a la fusión de vidrio en los hornos de fabricación de vidrio y, en particular, en los hornos para la fabricación de vidrio plano del tipo de disposición flotante o en los hornos para la fabricación de vidrio hueco para embalaje, por ejemplo, los hornos de funcionamiento en inversión del tipo que utiliza regeneradores (recuperadores de energía), si bien no está, sin embargo, limitada a tales aplicaciones.The invention will be described more particularly for an installation for the fusion of glass in furnaces manufacture of glass and, in particular, in furnaces for manufacture of flat glass of the type of floating arrangement or in furnaces for the manufacture of hollow glass for packaging, by for example, the operating furnaces in investment of the type that use regenerators (energy recuperators), although it is not, however, limited to such applications.
La mayor parte de los procedimientos de combustión del tipo anteriormente mencionado, particularmente los que se utilizan en los hornos de vidriería o fabricación de vidrio, han de enfrentarse a problemas de emisión no deseada de NO_{x} en las chimeneas de combustión.Most of the procedures of combustion of the aforementioned type, particularly those which are used in glass or glassmaking furnaces, they have to face problems of unwanted emission of NO_ {x} in the combustion chimneys.
Los NO_{x} tienen un efecto nefasto a la vez en ser humano y en el medio ambiente. En efecto, por una parte, el NO_{x} es un gas irritante que produce enfermedades respiratorias. Por otra parte, al contacto con la atmósfera, éstos pueden dar lugar progresivamente a lluvias denominadas ácidas. Por último, producen una contaminación fotoquímica, ya que, en combinación con los compuestos orgánicos y la radiación solar, los NO_{x} se encuentran en el origen de la formación del ozono denominado troposférico, cuyo aumento de concentración a baja altitud llega a ser perjudicial para el ser humano, sobre en periodos de intenso calor.NO_ {x} have a disastrous effect at the same time in Being human and in the environment. Indeed, on the one hand, the NO_ {x} is an irritating gas that causes diseases respiratory On the other hand, in contact with the atmosphere, these They can progressively lead to so-called acid rain. By last, they produce a photochemical contamination, since, in combination with organic compounds and solar radiation, the NO_ {x} are at the origin of ozone formation called tropospheric, whose concentration increase to low altitude becomes detrimental to humans, over in periods of intense heat.
Todas estas razones son causa de que las normas en vigor referentes a los NO_{x} se estén haciendo cada vez más exigentes. En consecuencia, del propio hecho de la existencia de estas normas, los fabricantes de hornos, tales como los de hornos de fabricación de vidrio, se preocupan de manera constante de limitar al máximo las emisiones de NO_{x}, preferiblemente hasta una proporción inferior a 500 mg/m^{3} de humos.All these reasons are cause for the rules in force concerning NO_ {x} are becoming more and more demanding. Consequently, of the very fact of the existence of these standards, furnace manufacturers, such as furnace manufacturers glass manufacturing, constantly care about limit NO_ {x} emissions, preferably up to a ratio of less than 500 mg / m3 of fumes.
Los parámetros que influyen en la formación de NO_{x} han sido ya analizados. Se trata esencialmente de la temperatura, puesto que más allá de 1.300ºC la emisión de los NO_{x} crece de forma exponencial con el exceso de aire, ya que la concentración de los NO_{x} depende de la raíz cuadrada de la del oxígeno o, incluso, de la concentración de N_{2}.The parameters that influence the formation of NO_ {x} have already been analyzed. It is essentially the temperature, since beyond 1,300ºC the emission of NO_ {x} grows exponentially with excess air, since the concentration of the NO_ {x} depends on the square root of the of oxygen or even of the concentration of N2.
Se han propuesto ya numerosas técnicas para reducir la emisión de los NO_{x}.Numerous techniques have already been proposed for reduce the emission of NO_ {x}.
Una primera técnica consiste en hacer intervenir un agente reductor en el gas emitido, a fin de que los NO_{x} se conviertan en nitrógeno. Este agente reductor puede ser amoniaco, si bien son conocidos los inconvenientes que se crean, tales como la dificultad que existe para almacenar y manipular este producto. Es asimismo posible utilizar un gas natural como agente reductor, pero esto se hace en detrimento del consumo del horno y aumenta las emisiones de CO_{2}. Es, por tanto, preferible, sin que ello sea obligatorio, prescindir de esta técnica y adoptar medidas denominadas primarias o básicas.A first technique is to intervene a reducing agent in the emitted gas, so that the NO_ {x} is Turn into nitrogen. This reducing agent can be ammonia, although the inconveniences that are created are known, such as the difficulty that exists to store and manipulate this product. It is also possible to use a natural gas as a reducing agent, but this is done to the detriment of oven consumption and increases CO2 emissions}. It is therefore preferable, without it being mandatory, dispense with this technique and take measures called primary or basic.
Estas medidas reciben este nombre puesto que lo que se pretende no es destruir los NO_{x} ya formados, como en la técnica descrita en lo anterior, sino que su objetivo es más bien impedir su formación, por ejemplo, en la llama. Estas medidas son, además, más simples de poner en práctica y, por tanto, más económicas. No pueden, sin embargo, sustituir la técnica anteriormente mencionada, sino complementarla de forma ventajosa. Estas medidas primarias constituyen de todos modos un requisito previo indispensable para reducir el consumo de los reactivos de las medidas secundarias.These measures receive this name since It is not intended to destroy the NO_ {x} already formed, as in the technique described in the above, but its objective is rather prevent its formation, for example, in the flame. These measures are, In addition, simpler to implement and, therefore, more economic. They cannot, however, replace the technique previously mentioned, but complement it advantageously. These primary measures are anyway a requirement. prior indispensable to reduce the consumption of the reagents of Secondary measures
De hecho, es posible clasificar de forma no limitativa las medidas existentes en varias categorías:In fact, it is possible to classify in a non- Limiting existing measures in several categories:
- Una primera categoría, que consiste en reducir la formación de NO_{x} con la ayuda de la técnica denominada "requemado" o quemado subsiguiente ("reburning"), mediante la cual se crea una zona de escasez de aire en la cámara de combustión de un horno. Esta técnica presenta además el inconveniente de aumentar la temperatura en los apilamientos o baterías de regeneradores y, llegado el caso, de prever o determinar una concepción específica de los regeneradores y de sus apilamientos, sobre todo en términos de estanqueidad y de resistencia a la corrosión.- A first category, which consists in reducing the formation of NO_ {x} with the help of the technique called "requisition" or subsequent burning (" reburning "), by means of which an air shortage zone is created in the chamber of combustion of an oven. This technique also has the disadvantage of increasing the temperature in the stacks or batteries of regenerators and, if necessary, of foreseeing or determining a specific conception of the regenerators and their stacks, especially in terms of tightness and corrosion resistance .
- Una segunda categoría consiste en actuar sobre la llama impidiendo, o, como mínimo, reduciendo, la formación de los NO_{x} en ella. Para ello, cabe, por ejemplo, la posibilidad de tratar de reducir el exceso de aire de combustión. Es igualmente posible tratar de limitar los picos de temperatura mediante el mantenimiento de la longitud de la llama, y aumentar el volumen del frente de llama con el fin de reducir la temperatura media en el seno de la llama. Dicha solución se describe, por ejemplo, en las Solicitudes de Patente francesa Nº FR 2750977 y de Patente Internacional Nº WO 9802386, depositadas, respectivamente, el 11 de julio de 1996 y el 9 de julio de 1997. Ésta consiste en un procedimiento de combustión para la fusión del vidrio, en el cual tanto la alimentación de combustible como la alimentación de carburante se efectúan de tal forma que se prolongue en el tiempo el contacto entre el combustible y el comburente y/o se aumente el volumen de este contacto, con el propósito de reducir la emisión de los NO_{x}.- A second category consists in acting on the flame preventing, or at least reducing, the formation of the NO_ {x} in it. For this, it is possible, for example, the possibility of trying to reduce excess combustion air. It is equally possible to try to limit temperature peaks by maintenance of flame length, and increase the volume of the flame front in order to reduce the average temperature in the sine of the flame. Said solution is described, for example, in the French Patent Applications No. FR 2750977 and Patent International No. WO 9802386, deposited, respectively, on 11 July 1996 and July 9, 1997. This consists of a combustion process for glass melting, in which both the fuel feed and the feed of fuel are made in such a way that the contact between the fuel and the oxidizer and / or the volume of this contact, with the purpose of reducing the emission of the NO_ {x}.
El objeto de la invención consiste en proponer unos nuevos procedimiento y dispositivo de combustión en los cuales el combustible es un combustible líquido, lo que permite alargar la llama y/o disminuir los picos de temperatura en el interior de ésta, con el fin de reducir la formación de NO_{x}.The object of the invention is to propose new combustion process and device in which the fuel is a liquid fuel, which makes it possible to lengthen the flame and / or decrease the temperature peaks inside this one, in order to reduce the formation of NO_ {x}.
Otro objeto de la invención es proponer un procedimiento de combustión y un dispositivo a él encaminado, que se adapten a todas las configuraciones de horno de fabricación de vidrio existentes, y que permitan obtener una transferencia térmica óptima, particularmente al proporcionar una llama de longitud adecuada y con un volumen lo suficientemente grande como para favorecer la máxima cobertura del baño de materiales vitrificables fundidos.Another object of the invention is to propose a combustion procedure and a device to it, which adapt to all oven manufacturing configurations of existing glass, and that allow to obtain a thermal transfer optimal, particularly when providing a flame of length adequate and with a volume large enough to favor the maximum coverage of the bath of vitrifiable materials melted
El documento GB 1188761 preconiza un quemador equipado con un inyector, el cual comprende un conducto de aporte de combustible líquido que presenta una pared interna, así como un conducto de aporte de fluido de pulverización, dispuesto concéntricamente con respecto a dicho conducto de aporte de combustible líquido, de tal manera que dicho conducto de aporte de combustible líquido comprende una boquilla para la eyección del combustible líquido, estando terminado o rematado dicho conducto de aporte de fluido de pulverización con un bloque atravesado por un orificio que expulsa el fluido de pulverización, de manera que la boquilla se inserta en dicho bloque, comprendiendo dicho conducto de aporte de combustible líquido unos medios para conferir al combustible líquido la forma de un chorro hueco que se une o confluye substancialmente con dicha pared interna, inmediatamente por delante del eyector de su conducto de aporte, no estando alineada la parte terminal o de extremo de la boquilla dentro del plano definido por la cara del bloque. Con dicha configuración, el fluido de pulverización se encuentra en contacto con dicha cara del bloque sobre la que desemboca el orificio. Este quemador produce una pulverización más fina.GB 1188761 recommends a burner equipped with an injector, which comprises a supply duct of liquid fuel that has an internal wall, as well as a spray fluid supply duct, arranged concentrically with respect to said supply duct of liquid fuel, such that said supply duct of liquid fuel comprises a nozzle for ejection of the liquid fuel, said conduit being finished or finished off supply of spray fluid with a block crossed by a orifice that expels the spray fluid, so that the nozzle is inserted into said block, said conduit comprising of liquid fuel supply means to confer to the liquid fuel the shape of a hollow jet that joins or substantially converges with said inner wall, immediately in front of the ejector of its supply duct, not being aligned the end or end part of the nozzle inside the plane defined by the block face. With such configuration, the spray fluid is in contact with said face of the block on which the hole ends. This burner produces a finer spray.
La invención tiene por objeto un quemador provisto de al menos un inyector que comprende un conducto de aporte de combustible líquido, del tipo del fuel-oil, que presenta al menos una pared interna, así como un conducto de aporte de fluido de pulverización, dispuesto concéntricamente con respecto a dicho conducto de aporte de combustible líquido, de tal manera que dicho conducto de aporte de combustible líquido comprende una boquilla para la eyección del combustible líquido, estando terminado o rematado dicho conducto de aporte de fluido de pulverización con un bloque atravesado por un orificio que expulsa el fluido de pulverización, de manera que al menos una parte de la boquilla se inserta en dicho bloque, comprendiendo dicho conducto de aporte de combustible líquido al menos unos medios para conferir al combustible líquido la forma de un chorro hueco que se une o confluye substancialmente con dicha pared interna, inmediatamente por delante del eyector de su conducto de aporte. Según la invención, la parte terminal o de extremo de la boquilla está alineada dentro del plano definido por la cara del bloque en la que no se produce contacto con el fluido de pulverización y en la que desemboca el orificio.The object of the invention is a burner provided with at least one injector comprising a conduit of supply of liquid fuel, of the type of fuel oil, which has at least one internal wall, as well as a spray fluid supply conduit, arranged concentrically with respect to said supply duct of liquid fuel, such that said supply conduit of liquid fuel comprises a nozzle for ejection of the liquid fuel, said conduit being finished or finished off supply of spray fluid with a block crossed by a hole that expels the spray fluid, so that at less a part of the nozzle is inserted into said block, said liquid fuel supply conduit comprising the least a means to confer liquid form the form of a hollow jet that joins or substantially converges with said inner wall, immediately in front of the ejector of your contribution duct. According to the invention, the terminal part or of end of the nozzle is aligned within the plane defined by the face of the block where there is no contact with the fluid spray and into which the hole ends.
La invención se refiere igualmente a un procedimiento de combustión que se utiliza particularmente para la fusión del vidrio y en el cual la alimentación de combustible se asegura por medio de al menos un quemador de acuerdo con la invención. De acuerdo con la invención, inmediatamente antes de la eyección o expulsión del combustible líquido de su conducto de aporte, se le confiere la forma de un chorro hueco que se une o confluye substancialmente en dicha pared interna.The invention also relates to a combustion process that is particularly used for the glass melting and in which the fuel feed is ensures by means of at least one burner according to the invention. According to the invention, immediately before the ejection or expulsion of liquid fuel from its conduit contribution, it is given the shape of a hollow jet that joins or substantially converges on said inner wall.
La solución de acuerdo con la invención responde perfectamente al problema planteado. En efecto, al crear de esta forma un flujo de combustible líquido muy específico justo antes de que desemboque desde su conducto de aporte, se hace posible una pulverización mecánica incrementada del combustible líquido por el flujo de pulverización a su salida del conducto, lo que permite obtener una heterogeneidad muy grande en las gotitas de este combustible y evitar, por tanto, que se produzca su quemado con una gran celeridad, lo que constituye una causa de formación de NO_{x}.The solution according to the invention responds perfectly to the problem posed. Indeed, when creating from this forms a very specific liquid fuel flow just before which flows from its supply duct, a increased mechanical spraying of liquid fuel by the spray flow at its outlet from the duct, allowing get a very large heterogeneity in the droplets of this fuel and therefore avoid burning with a great speed, which is a cause of formation of NO_ {x}.
A modo de consecuencia, para una temperatura de llama deseada, puede permitirse, de forma muy ventajosa, aportar una menor cantidad de comburente en la entrada, y, por tanto, en la raíz o base de la llama, lo que reduce aún más los riesgos de formación de los NO_{x}.As a consequence, for a temperature of desired flame, you can afford, very advantageously, provide a less amount of oxidizer at the entrance, and therefore in the root or base of the flame, which further reduces the risks of NO_ {x} formation.
La solución de acuerdo con la invención no ha de ser necesariamente sustitutiva de las técnicas existentes citadas en la introducción y viene a completarlas muy ventajosamente llegado el caso.The solution according to the invention must not be necessarily a substitute for the existing techniques cited in the introduction and comes to complete them very advantageously arrived the case.
De acuerdo con una característica ventajosa de la invención, se expulsa el combustible líquido con una presión impulsora de alimentación de al menos 1,2 MPa.According to an advantageous feature of the invention, the liquid fuel is ejected with a pressure power booster of at least 1.2 MPa.
De esta forma, se garantiza, cualquiera que sea la configuración particular del horno en el que se pone en práctica el procedimiento de acuerdo con la invención, con toda seguridad, una fragmentación del combustible líquido necesaria para evitar, como se ha precisado en lo anterior, una velocidad de quemado más elevada.In this way, it is guaranteed, whatever the particular configuration of the oven in which it is put into practice the procedure according to the invention, surely, a fragmentation of the liquid fuel necessary to avoid, as stated above, a burn rate more high.
De forma preferida, se expulsa el combustible líquido a una temperatura comprendida entre 100 y 150ºC, y, de forma aún más preferida, entre 120 y 135ºC.Preferably, the fuel is expelled liquid at a temperature between 100 and 150 ° C, and, of even more preferred form, between 120 and 135 ° C.
Dicho intervalo de temperaturas permite el aporte de cualquier tipo de combustible líquido que se utilice en las instalaciones actuales, particularmente en los hornos de vidriería, y con la viscosidad requerida inmediatamente antes de que sea eyectado desde su conducto de aporte. Esta viscosidad puede, de forma ventajosa, ser al menos igual a 5\cdot10^{-6} m^{2}/s, y estar particularmente comprendida entre 10^{-5} y 2\cdot10^{-5} m^{2}/s.Said temperature range allows the contribution of any type of liquid fuel used in the current facilities, particularly in glass furnaces, and with the required viscosity immediately before it is ejected from its supply duct. This viscosity can, of advantageously, be at least equal to 5 · 10-6 m2 / s, and be particularly comprised between 10-5 and 2 · 10-5 m 2 / s.
De acuerdo con otra característica de la invención, se expulsa el combustible líquido con la forma de un cono con un ángulo de abertura de al menos 10º y, en particular, comprendido entre 10º y 20º.According to another feature of the invention, the liquid fuel in the form of a cone with an opening angle of at least 10 ° and, in particular, between 10º and 20º.
Tales valores permiten, independientemente de la geometría del conducto de aporte de combustible líquido y de sus dimensiones, no sólo disponer sistemáticamente de una interferencia entre el chorro de fluido de pulverización y las gotitas de combustible líquido, interferencia necesaria en el contexto de la invención, sino disponer igualmente de una dispersión del tamaño de estas mismas gotas, óptima por cuanto que la llama resultante es de temperatura homogénea en toda su longitud.Such values allow, regardless of geometry of the liquid fuel supply duct and its dimensions, not only systematically dispose of interference between the spray fluid jet and the droplets of liquid fuel, necessary interference in the context of the invention, but also have a dispersion of the size of these same drops, optimal because the resulting flame is of homogeneous temperature throughout its length.
Por lo que respecta al fluido de pulverización, éste es expulsado, de forma muy ventajosa, con un caudal de 40 Nm^{3}/h a lo sumo.As regards the spray fluid, This is expelled, very advantageously, with a flow rate of 40 Nm3 / h at most.
Es evidente que el valor del caudal del fluido de
pulverización está relacionado con el de la presión de este mismo
fluido, presión que es menester limitar al máximo. Al tener un
valor de caudal máximo tal como el mencionado en lo anterior, es
posible obtener una longitud de llama suficiente para todas las
configuraciones de horno de fabricación de vidrio exis-
tentes.It is clear that the value of the flow of the spray fluid is related to that of the pressure of this same fluid, a pressure that must be limited to the maximum. By having a maximum flow rate such as the one mentioned above, it is possible to obtain a sufficient flame length for all existing glass manufacturing furnace configurations.
Tentes
La invención tiene asimismo por objeto un quemador equipado con al menos un inyector, que es apto, en particular, para la puesta en práctica del procedimiento anteriormente descrito y que comprende un conducto de aporte de combustible líquido, del tipo del fuel-oil, que presenta al menos una pared interna, así como un conducto de aporte de fluido de pulverización, dispuesto concéntricamente con respecto al conducto de aporte de combustible líquido. Puede destacarse por el hecho de que el conducto de aporte de combustible líquido comprende al menos unos medios para conferir al combustible líquido la forma de un chorro hueco que se une o confluye substancialmente con la pared interna inmediatamente antes de su expulsión.The object of the invention is also a burner equipped with at least one injector, which is suitable, in particular, for the implementation of the procedure described above and comprising a supply conduit of liquid fuel, of the type of fuel oil, which It has at least one internal wall, as well as a supply duct of spray fluid, arranged concentrically with respect to to the liquid fuel supply line. It can stand out for the fact that the liquid fuel supply line It comprises at least some means for conferring liquid fuel the shape of a hollow jet that joins or substantially converges with the inner wall immediately before its expulsion.
De acuerdo con un modo de realización, el conducto de aporte de combustible líquido comprende al menos un tubo cilíndrico.According to one embodiment, the liquid fuel supply conduit comprises at least one tube cylindrical.
De acuerdo con este modo de realización, los medios anteriormente citados comprenden, ventajosamente, una boquilla fijada, preferiblemente a rosca, en el extremo de un tubo cilíndrico. Una geometría de la boquilla particularmente concebida para el quemador de acuerdo con la invención es tal que comprende, en su extremo de aguas abajo, una cámara giratoria de forma troncocónica, prolongada por un remate cuya pared interna es cilíndrica.According to this embodiment, the means mentioned above advantageously comprise a nozzle fixed, preferably threaded, at the end of a tube cylindrical. A nozzle geometry particularly conceived for the burner according to the invention it is such that it comprises, at its downstream end, a rotating camera shaped conical trunk, prolonged by a shot whose inner wall is cylindrical
Se precisa que, en el contexto de la invención, los términos "aguas abajo" y "aguas arriba" deben ser interpretados con respecto al sentido del aporte del combustible líquido.It is specified that, in the context of the invention, the terms "downstream" and "upstream" must be interpreted with respect to the sense of fuel input liquid.
De esta forma, el extremo de aguas abajo de la boquilla designa el extremo que está más alejado de la fuente de alimentación de combustible líquido y, por tanto, que está más cerca del lugar en el que el combustible es expulsado de su conducto de aporte. De una forma particularmente preferida, el ángulo en el vértice o cúspide de la cámara giratoria es al menos 30º y, preferiblemente, igual a 60º, lo que permite minimizar las caídas de presión o pérdidas de carga del combustible líquido al fluir.In this way, the downstream end of the nozzle designates the end that is furthest from the source of liquid fuel feed and therefore that is more near the place where the fuel is expelled from its contribution duct. In a particularly preferred way, the angle at the apex or cusp of the rotating chamber is at least 30º and, preferably, equal to 60º, which allows to minimize the pressure drops or pressure drops of liquid fuel at flow.
Según una variante preferida de la invención, los medios anteriormente mencionados comprenden al menos un elemento que obtura substancialmente el conducto de aporte de combustible líquido y que está perforado por canales o pasos, en particular cilíndricos, dispuestos oblicuamente con respecto a la dirección del aporte de combustible líquido.According to a preferred variant of the invention, the aforementioned means comprise at least one element which substantially seals the fuel supply duct liquid and that is perforated by channels or passages, in particular cylindrical, arranged obliquely with respect to the direction of the contribution of liquid fuel.
Este elemento es determinante en el contexto de la invención, puesto que es él el que, gracias a su particular geometría, confiere al combustible líquido una configuración de flujo de acuerdo con lo anterior, y le proporciona un grado de energía mecánica lo suficientemente elevado como para que pueda ser pulverizado, a la salida de su conducto de aporte, en forma de gotitas cuya dispersión de tamaños es óptima.This element is decisive in the context of the invention, since it is he who, thanks to his particular geometry, gives the liquid fuel a configuration of flow according to the above, and provides you with a degree of mechanical energy high enough so that it can be sprayed, at the exit of its supply duct, in the form of droplets whose size dispersion is optimal.
Los canales pueden estar, de forma ventajosa, repartidos uniformemente sobre la circunferencia del elemento.The channels can be advantageously, evenly distributed over the circumference of the element.
Este elemento tiene una forma que permite su inserción en el conducto de aporte de combustible líquido y puede ser, por ejemplo, un cilindro, preferiblemente con dos caras sensiblemente paralelas entre sí. Estas caras están, por otra parte, orientadas preferiblemente en una dirección perpendicular a la dirección de aporte del combustible líquido.This element has a shape that allows its insertion into the liquid fuel supply conduit and can be, for example, a cylinder, preferably with two faces substantially parallel to each other. These faces are on the other part, preferably oriented in a direction perpendicular to the direction of contribution of the liquid fuel.
De una manera más ventajosa, la orientación de cada uno de estos canales se escoge de tal modo que su generatriz forme un ángulo \alpha de al menos 10º, particularmente comprendido entre 15 y 30º, y preferiblemente igual a 20º, con la dirección de aporte del combustible líquido.In a more advantageous way, the orientation of each of these channels is chosen in such a way that its generatrix form an angle α of at least 10 °, particularly between 15 and 30º, and preferably equal to 20º, with the direction of contribution of liquid fuel.
Esta orientación particular permite obtener una sinergia entre todos los chorros "divididos" de combustible líquido a su salida de los canales correspondientes, de tal forma que, en el momento en que vienen a incidir o chocar en la parte de aguas abajo del conducto de aporte, en particular la cámara de giro de la boquilla anteriormente mencionada, no interfieren entre sí y concurren o cooperan para la creación, aguas abajo, de un chorro hueco único que se une a la pared interna.This particular orientation allows to obtain a synergy between all the "divided" jets of fuel liquid at its exit from the corresponding channels, in such a way that, at the moment they come to influence or collide in the part of downstream of the supply duct, in particular the turning chamber of the nozzle mentioned above, do not interfere with each other and concur or cooperate for the creation, downstream, of a jet Unique hollow that joins the inner wall.
De acuerdo con una característica adicional, el elemento puede estar montado, aguas arriba de la boquilla, de manera estanca en el conducto de aporte de combustible líquido, de preferencia, apoyado contra la cámara de giro.According to an additional feature, the element can be mounted, upstream of the nozzle, so sealed in the liquid fuel supply line, of preference, leaning against the turning chamber.
Por lo que respecta al conducto de aporte del fluido de pulverización, éste comprende preferiblemente al menos un tubo cilíndrico en cuyo extremo se ha fijado, preferiblemente a rosca, un bloque perforado por un orificio en el cual se inserta al menos una parte de la boquilla de acuerdo con la invención.With regard to the contribution conduit of the spray fluid, this preferably comprises at least one cylindrical tube at whose end it has been fixed, preferably to thread, a block drilled by a hole in which it is inserted into the less a part of the nozzle according to the invention.
De forma preferida, el orificio del bloque y la pared externa de la parte de la boquilla que se inserta dentro de él están dispuestos de forma concéntrica. Esta disposición preferida puede, por otra parte, obtenerse por medio de la rosca anteriormente mencionada, la cual es capaz de asegurar el auto-centrado de los elementos anteriormente descritos, a saber, del orificio del bloque con respecto a la parte de la boquilla que se inserta en su interior.Preferably, the hole of the block and the outer wall of the part of the nozzle that is inserted into He is arranged concentrically. This arrangement preferred can, on the other hand, be obtained by means of the thread previously mentioned, which is able to ensure the self-centering of the elements above described, namely, of the hole of the block with respect to the part of the nozzle that is inserted inside.
Esta disposición concéntrica resulta ventajosa en la medida en que su ausencia lleva consigo un riesgo de formación de gotas demasiado grandes de combustible líquido, del tipo del fuel-oil, en la periferia del chorro hueco, lo que puede ser causa de una combustión mediocre, en particular con un aumento del umbral de aparición del CO.This concentric arrangement is advantageous in the extent to which their absence carries a training risk too large drops of liquid fuel, of the type of fuel oil, on the periphery of the hollow jet, which it can cause mediocre combustion, in particular with a increase of the threshold of CO appearance.
Igualmente, es necesario que la parte terminal o de extremo de la boquilla quede alineada, y, preferiblemente, perfectamente alineada, en el plano definido por la cara del bloque en la que no existe contacto con el fluido de pulverización y en la cual desemboca el orificio. En efecto, una alineación incorrecta lleva consigo una modificación de la aerodinámica del combustible líquido y del fluido de pulverización a la salida de su conducto de aporte respectivo.It is also necessary that the terminal part or end of the nozzle is aligned, and preferably perfectly aligned, in the plane defined by the block face in which there is no contact with the spray fluid and in the which ends the hole. Indeed, an incorrect alignment carries with it a modification of the aerodynamics of the fuel liquid and spray fluid at the outlet of its duct respective contribution.
De forma ventajosa, el inyector de acuerdo con la invención que acaba de ser descrito se monta de manera estanca en un bloque de material refractario con la ayuda de un dispositivo de estanqueidad que comprende una placa provista de aletas de refrigeración. Un tal montaje estanco impide cualquier aparición de aire parásito a la altura del extremo de aguas abajo del inyector, aire parásito que resulta particularmente perjudicial en la medida en que aumenta el contenido de oxígeno en la raíz o base de la llama, que es la parte más caliente de ésta última.Advantageously, the injector according to the invention that has just been described is mounted in a sealed manner in a block of refractory material with the help of a device tightness comprising a plate provided with fins of refrigeration. Such a tight assembly prevents any occurrence of parasitic air at the height of the downstream end of the injector, parasitic air that is particularly damaging to the extent in which the oxygen content in the root or base of the flame, which is the hottest part of the latter.
De acuerdo con otra característica, el quemador de acuerdo con la invención comprende, además, un soporte regulable sobre el que se fija el inyector anteriormente descrito, así como una boquilla de ventilación, orientada hacia el extremo de aguas abajo del inyector, más particularmente hacia la placa antes mencionada.According to another feature, the burner according to the invention further comprises an adjustable support on which the previously described injector is fixed, as well as a ventilation nozzle, facing the water end below the injector, more particularly towards the plate before mentioned.
El soporte es, de preferencia, regulable en inclinación, en azimut y en traslación, particularmente de manera que se apoye en la placa del dispositivo de estanqueidad.The support is preferably adjustable in tilt, azimuth and translation, particularly so that rests on the plate of the sealing device.
En cuanto a la boquilla de ventilación, ésta se encarga de soplar o impulsar el aire, lo que permite evitar un sobrecalentamiento local excesivo en el extremo de aguas abajo del inyector.As for the ventilation nozzle, it responsible for blowing or boosting the air, which allows to avoid a excessive local overheating at the downstream end of the injector.
La invención, finalmente, tiene por objeto un quemador equipado con al menos un inyector que comprende un conducto de aporte de combustible líquido, del tipo del fuel-oil, que presenta al menos una pared interna, así como un conducto de aporte de fluido de pulverización, dispuesto concéntricamente con respecto al conducto de aporte de combustible líquido, y que puede destacarse por el hecho de que el conducto de aporte de combustible líquido comprende al menos uno difusor.The invention finally aims at a burner equipped with at least one injector comprising a liquid fuel supply duct, of the type of fuel oil, which has at least one internal wall, as well as a spray fluid supply conduit, arranged concentrically with respect to the supply duct of liquid fuel, and that can be highlighted by the fact that the liquid fuel supply conduit comprises at least one diffuser.
Son innegables las ventajas proporcionadas por el quemador descrito en lo anterior. Además del hecho de que genera una cantidad considerablemente menor de NO_{x} que antes en la cámara de combustión, por ejemplo, en un horno, su funcionamiento se asegura con un gasto másico de fluido de pulverización mucho menor, lo que hace posible un uso más prolongado y más flexible del comburente, y, por tanto, permite finalmente la obtención de mejores resultados desde el punto de vista energético.The advantages provided by the burner described in the above. In addition to the fact that it generates a considerably smaller amount of NO_ {x} than before in the combustion chamber, for example, in an oven, its operation it is ensured with a massive expense of spray fluid a lot smaller, which makes possible a longer and more flexible use of the oxidizer, and therefore, allows finally obtaining better results from the energy point of view.
La invención se aplica a todos los tipos de
configuraciones de horno, particularmente en la fabricación de
vidrio, tales como los hornos de bucle, de quemadores
transversales, de inversión, etc. Se utiliza de forma más concreta
para reducir las emisiones de
NO_{x}.The invention applies to all types of oven configurations, particularly in the manufacture of glass, such as loop furnaces, transverse burners, inverters, etc. It is used more specifically to reduce emissions from
NO_ {x}.
En fin, viene a completar de forma muy ventajosa la técnica descrita en las Solicitudes de Patente francesa Nº FR 2750977 e Internacional Nº WO 9802386 que se han citado anteriormente, técnica que pertenece principalmente a la tecnología desarrollada por la Sociedad SAINT-GOBAIN VITRAGE bajo la denominación "FÉNIX".In short, it comes to complete very advantageously The technique described in French Patent Applications No. FR 2750977 and International No. WO 9802386 that have been cited previously, a technique that belongs mainly to technology developed by the SAINT-GOBAIN VITRAGE Company under the name "FÉNIX".
Otros detalles y características ventajosas de la invención se pondrán de manifiesto en lo que sigue a partir de la lectura de un ejemplo de realización no limitativo que se describe en relación con las figuras, las cuales representan:Other details and advantageous features of the invention will become apparent in what follows from the reading a non-limiting embodiment described in relation to the figures, which represent:
- la Figura 1: una vista esquemática en corte parcial de un inyector de acuerdo con la invención,- Figure 1: a schematic view in section partial of an injector according to the invention,
- la Figura 2: una vista en corte vertical de una pared de un horno para la fabricación de vidrio, que comprende un quemador equipado con el inyector de acuerdo con la Figura 1.- Figure 2: a vertical sectional view of a wall of an oven for the manufacture of glass, comprising a burner equipped with the injector according to Figure 1.
En primer lugar, cabe precisar que, en aras de claridad, las Figuras 1 y 2 son esquemáticas y no respetan las proporciones relativas entre los diferentes elementos.First, it should be noted that, for the sake of clarity, Figures 1 and 2 are schematic and do not respect the relative proportions between the different elements.
La Figura 1 representa una vista en corte parcial de un inyector 1 de acuerdo con la invención.Figure 1 represents a partial sectional view of an injector 1 according to the invention.
Este inyector 1 se compone de dos alimentaciones de fluido, a saber, respectivamente el conducto de aporte de combustible líquido 2 y el de aporte de fluido de pulverización 3.This injector 1 consists of two feeds of fluid, namely, the supply duct of liquid fuel 2 and the one of contribution of spray fluid 3.
El combustible líquido que se utiliza en el contexto de la invención es un combustible líquido fósil que se utiliza en la actualidad en los dispositivos de combustión para el calentamiento de las materias vitrificables en un horno de fabricación de vidrio o vidriería. Puede tratarse, por ejemplo, de fuel-oil pesado. El fluido de pulverización es, asimismo, el que se encuentra de manera habitual en las instalaciones actuales y sirve para pulverizar el combustible líquido anteriormente mencionado. Aquél puede ser, por ejemplo, aire (denominado en este caso aire primario, por contraposición al aire secundario que sirve de comburente principal). Puede tratarse igualmente de un gas, de oxígeno (en el caso de una combustión) o de vapor.The liquid fuel used in the context of the invention is a fossil liquid fuel that currently used in combustion devices for the heating of vitrifiable materials in an oven glass or glass manufacturing. It can be, for example, heavy fuel oil The spray fluid is, likewise, the one found in the usual way current facilities and serves to pulverize the fuel liquid mentioned above. That can be, for example, air (called in this case primary air, as opposed to air secondary that serves as the main oxidizer). Can be treated also of a gas, of oxygen (in the case of combustion) or steam.
Los conductos de aporte del combustible líquido y del fluido de pulverización anteriormente mencionados están conectados, respectivamente, aguas arriba con respecto al flujo de cada uno de los dos fluidos, a un circuito procedente de una fuente de combustible líquido y una fuente de fluido de pulverización, no representadas.The liquid fuel supply ducts and of the aforementioned spray fluid are connected, respectively, upstream with respect to the flow of each of the two fluids, to a circuit from a source of liquid fuel and a source of spray fluid, not represented.
El conducto de aporte de combustible líquido 2 está constituido esencialmente por un tubo cilíndrico 21 al final del cual se ha roscado una boquilla 22.The liquid fuel supply line 2 it consists essentially of a cylindrical tube 21 at the end of which a nozzle 22 has been threaded.
Ésta comprende, en su extremo de aguas abajo, una cámara de giro 23 de forma troncocónica, prolongada por un remate 24 de pared interna 25 cilíndrica. El ángulo \theta en el vértice o cúspide de la cámara giratoria 23 es igual a 60º, valor que se escoge por las razones que se exponen más adelante.This includes, at its downstream end, a Spinning chamber 23 with a truncated conical shape 24 cylindrical internal wall 25. The angle? At the vertex or cusp of the rotating chamber 23 is equal to 60 °, value that is choose for the reasons set forth below.
En el interior de la boquilla 22 anteriormente citada se encuentra dispuesto un cilindro 4, montado de forma estanca en contacto a tope con la cámara de giro 23.Inside the nozzle 22 above cited is arranged a cylinder 4, mounted so tight in full contact with the turning chamber 23.
El cilindro 4 comprende unos canales o pasos 41 uniformemente repartidos sobre su circunferencia, y presenta dos caras 42, 43, paralelas entre sí y sensiblemente perpendiculares a la dirección de aporte del combustible líquido simbolizada por la flecha f de la Figura 1, dirección que, por otra parte, es idéntica a la del fluido de pulverización.Cylinder 4 comprises channels or passages 41 evenly distributed over its circumference, and presents two faces 42, 43, parallel to each other and substantially perpendicular to the direction of contribution of the liquid fuel symbolized by the arrow f of Figure 1, direction which, on the other hand, is identical to that of the spray fluid.
Los canales 41 son cilíndricos, de tal modo que su generatriz forma un ángulo \alpha de 20º con la dirección mencionada anteriormente.Channels 41 are cylindrical, such that its generatrix forms an angle α of 20 ° with the direction mentioned above.
En cuanto al conducto 3 de aporte de fluido de pulverización, éste se compone esencialmente de un tubo cilíndrico 31 en cuyo extremo se ha roscado un bloque 32 cuyo respaldo interior 33 viene a topar contra el extremo de aguas abajo del tubo 31.As for the fluid supply line 3 of spraying, this is essentially composed of a cylindrical tube 31 at whose end a block 32 whose backrest has been threaded interior 33 comes to bump against the downstream end of the tube 31.
El bloque 32 está perforado con un orificio 34 de forma tal, que permite el encaje de una parte de la boquilla 22.The block 32 is perforated with a hole 34 of such shape, which allows the fitting of a part of the nozzle 22
El bloque 32 presenta igualmente, del lado del orificio 34, una parte sobresaliente 35 que permite, por roscado del bloque 32 en el tubo cilíndrico 31, garantizar un perfecto auto-centrado de la pared externa 26 del remate 24 en el interior del orificio 34.Block 32 also presents, on the side of the hole 34, an protruding part 35 which allows, by threading of block 32 in cylindrical tube 31, ensure a perfect self-centering of the outer wall 26 of the finish 24 inside hole 34.
En otras palabras, gracias a sus formas complementarias, se asegura perfectamente la concentricidad de los dos elementos 26 y 34 anteriormente citados, lo que impide, como se explicará más adelante, que se produzca una modificación no deseada en la dispersión de los tamaños de las gotitas de combustible líquido a su salida del conducto 2.In other words, thanks to its forms In addition, the concentricity of the two elements 26 and 34 mentioned above, which prevents, as will explain later, that there is an unwanted modification in the dispersion of fuel droplet sizes liquid at its exit from the duct 2.
La dimensión d de la parte del bloque 32 que está en contacto con el tubo cilíndrico 31 ha de calcularse con precisión, de tal manera que la alineación de la parte terminal 36 de la boquilla dentro del plano (\Pi) se realice a la perfección. Este plano \Pi queda, a su vez, definido por la cara externa 37 del bloque, es decir, aquélla en la que no existe contacto con el fluido de pulverización y en la cual desemboca el orificio 34.The dimension d of the part of block 32 that is in contact with the cylindrical tube 31 must be calculated with precision, such that the alignment of the terminal part 36 of the nozzle inside the plane (\ Pi) is performed perfectly. This plane \ Pi is, in turn, defined by the outer face 37 of the block, that is, the one in which there is no contact with the spray fluid and into which the hole 34 flows.
Dicha disposición contribuye a conservar la aerodinámica de ambos fluidos a su salida de su conducto de aporte respectivo.This provision helps to preserve the aerodynamics of both fluids at its exit from its supply duct respective.
Se hará referencia ahora a la Figura 2, la cual representa una vista en corte vertical de una pared de un horno de fabricación de vidrio que comprende un quemador 5, equipado con el inyector de acuerdo con la Figura 1.Reference will now be made to Figure 2, which represents a vertical sectional view of a wall of an oven of glass manufacturing comprising a burner 5, equipped with the injector according to Figure 1.
En esta configuración particular, se observa que el quemador 5 comprende un soporte 6 regulable en inclinación, en azimut y en traslación.In this particular configuration, it is observed that the burner 5 comprises a support 6 adjustable in inclination, in azimuth and in translation.
Sobre este soporte regulable 6 se ha fijado un inyector 1 que viene a apoyarse contra las paredes de un bloque 7 de material refractario, con la intermediación de una placa 8 provista de aletas de refrigeración. El bloque 7 de material refractario está, a su vez, montado dentro de una abertura existente en la pared del horno 9.On this adjustable support 6 a injector 1 that comes to rest against the walls of a block 7 of refractory material, with the intermediation of a plate 8 provided with cooling fins. The block 7 of material refractory is, in turn, mounted inside an existing opening on the oven wall 9.
El quemador 5 comprende igualmente una boquilla de ventilación 10, orientada hacia la placa anteriormente citada.The burner 5 also comprises a nozzle vent 10, facing the plate above cited
Se observan, por último, dos tubos o manguitos flexibles de aporte 11, 12, conectados, respectivamente, a fuentes de alimentación del combustible líquido y de fluido de pulverización, fuentes que no se han representado.Finally, two tubes or sleeves are observed flexible input 11, 12, connected, respectively, to sources of liquid fuel and fluid fuel spraying, sources that have not been represented.
Se explicará ahora el funcionamiento del quemador en lo que sigue.Burner operation will now be explained in what follows.
Al atravesar el cilindro 4, el combustible líquido, aportado a través del tubo cilíndrico 21, se divide en tantos chorros individuales como canales tangenciales 41 hay.When passing through cylinder 4, the fuel liquid, provided through the cylindrical tube 21, is divided into There are as many individual jets as there are tangential channels 41.
Los chorros individuales llegan entonces al interior de la cámara de giro 23, y vienen a incidir o golpear contra sus paredes con una pérdida de carga mínima, por el hecho mismo de que el valor del ángulo \theta en la cúspide es igual a 60º.The individual jets then arrive at inside of the turning chamber 23, and they come to strike or hit against its walls with minimal loss of load, for the fact same that the value of the angle? on the cusp is equal to 60º.
El reparto uniforme de los canales tangenciales 41 y la inclinación \alpha igual a 20º de la generatriz en toda la circunferencia del cilindro 4 de cada uno de estos canales tienen como consecuencia una centrifugación del conjunto de los chorros individuales contra la pared de la cámara de giro 23, sin que, sin embargo, lleguen a interferir unos con otros.The uniform distribution of the tangential channels 41 and the inclination α equal to 20 ° of the generatrix throughout the circumference of cylinder 4 of each of these channels they result in a centrifugation of all the individual jets against the wall of the turning chamber 23, without that, however, get to interfere with each other.
Esta centrifugación en la cámara de giro contribuye, aguas abajo, a que el combustible describa una trayectoria helicoidal y adopte la forma de un chorro hueco que se une o confluye de una forma casi perfecta con la pared interna 25 del remate 24.This spinning chamber centrifugation contributes, downstream, to the fuel describing a helical trajectory and take the form of a hollow jet that join or converge in an almost perfect way with the inner wall 25 of auction 24.
El combustible líquido ha adquirido así, a la salida del remate 24, una energía mecánica máxima, y, bajo la influencia del fluido de pulverización, se fragmenta efectivamente en gotitas muy finas cuya dispersión de tamaños es óptima. Dicha dispersión hace que la llama que emerge del quemador, una vez activada por el comburente principal, sea muy homogénea en cuanto a su temperatura en toda su longitud.The liquid fuel has thus acquired output of the auction 24, a maximum mechanical energy, and, under the influence of the spray fluid, it is fragmented effectively in very fine droplets whose size dispersion is optimal. Bliss dispersion causes the flame to emerge from the burner once activated by the main oxidizer, be very homogeneous in terms of its temperature throughout its length.
Y lo que es más, dicha pulverización del combustible alarga considerablemente la llama, para un mismo gasto másico de combustible, con respecto a la pulverización que provocaría este mismo inyector 1 sin el cilindro 4.And what is more, said spraying of fuel lengthens the flame considerably, for the same expense fuel mass, with respect to the spray that It would cause this same injector 1 without the cylinder 4.
El dimensionado del cilindro 4 ha de realizarse de tal forma que nunca quede lleno y se obtenga siempre, de acuerdo con la invención, un chorro hueco que se una de forma sustancial con esta pared interna.The dimensioning of cylinder 4 must be carried out so that it is never full and is always obtained, according with the invention, a hollow jet that joins substantially With this inner wall.
Los distintos parámetros, a saber, el número, la inclinación \alpha y las dimensiones de los canales 41, se han de determinar en función del gasto másico deseado en el inyector 1.The different parameters, namely the number, the inclination α and the dimensions of the channels 41, must be determine according to the desired mass expenditure in the injector one.
Este gasto másico deseado se determina, a su vez, a partir del tipo de horno en el cual se desea instalar el inyector, de sus parámetros de funcionamiento, tales como el tiro, así como de la naturaleza del combustible líquido utilizado.This desired mass expenditure is determined, in turn, from the type of oven in which you want to install the injector, of its operating parameters, such as the shot, as well as the nature of the liquid fuel used.
Es evidente que estos valores pueden ser establecidos empíricamente sin ninguna dificultad por parte del experto de la técnica, que puede igualmente establecer diagramas o ábacos mediante la realización de ensayos.It is clear that these values can be established empirically without any difficulty on the part of the skilled in the art, who can also establish diagrams or abacus by conducting tests.
El experto de la técnica se ocupará igualmente de escoger un determinado estado superficial, respectivamente para la cámara de giro, los canales y el remate de paredes internas, con un acabado tal que asegure unas pérdidas de carga mínimas debido al rozamiento del (de los) chorro(s) de combustible líquido que barre(n) estos mismos elementos a gran velocidad.The person skilled in the art will also take care of choose a certain surface state, respectively for the Swing chamber, channels and internal walls, with a finish such that it ensures minimum load losses due to friction of the liquid fuel jet (s) that Sweep these same elements at high speed.
El inyector que se acaba de describir es una concepción sencilla y de bajo coste. Además, es susceptible de desmontarse de una forma integral y sencilla, y de adaptarse a las instalaciones ya existentes.The injector just described is a Simple conception and low cost. In addition, it is susceptible to Dismantle in an integral and simple way, and adapt to the existing facilities.
El horno que se ha descrito en lo anterior emite una cantidad considerablemente menor de NO_{x}, sin que haya que temer que se produzca una combustión reductora que perjudique eventualmente el color del vidrio.The oven described above emits a considerably smaller amount of NO_ {x}, without having to fear that reductive combustion will occur that harms eventually the color of the glass.
El procedimiento de combustión y el quemador de acuerdo con la invención están particularmente destinados a la fabricación de vidrio de alta calidad, en particular, óptico, tal como el vidrio plano elaborado por flotación.The combustion procedure and the burner of according to the invention are particularly intended for the manufacture of high quality glass, in particular optical, such like flat glass made by flotation.
La invención se aplica particularmente a los combustibles del tipo del fuel-oil pesado y permite hacer circular gastos másicos muy grandes (de 500 a 600 kg/h) de este tipo de combustible en un solo inyector de acuerdo con la invención.The invention particularly applies to fuels of the type of heavy fuel oil and allows circulate very large mass costs (from 500 to 600 kg / h) of this type of fuel in a single injector according to the invention.
Naturalmente, es posible realizar diversas modificaciones sin apartarse por ello del ámbito de la invención, a saber, una pulverización de un combustible líquido al que se ha conferido la forma de un chorro hueco inmediatamente antes de ser expulsado o eyectado con la ayuda de un fluido de pulverización, tal como el aire, cuyo transporte o circulación está asegurada de tal forma que salga exclusivamente según la dirección del eje de la pared interna del conducto de aporte de combustible, sin ninguna componente helicoidal.Naturally, it is possible to perform various modifications without departing from the scope of the invention, to know, a spray of a liquid fuel that has been conferred the shape of a hollow jet immediately before being ejected or ejected with the help of a spray fluid, such as air, whose transport or circulation is assured of such that it comes out exclusively according to the direction of the axis of the internal wall of the fuel supply line, without any helical component
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